JP2006046646A - Low-pressure storage and deliver system for gas - Google Patents
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Abstract
Description
半導体産業における多くのプロセスは、多様な用途のためのプロセスガスの信頼できる供給源を必要とする。多くの場合、これらのガスは、ボンベ又は容器中に貯蔵され、その後ボンベから制御された条件下でプロセスに送給される。半導体製造産業は、例えば、ドーピング、エッチング、及び薄膜被着用のホスフィン、アルシン、及び三フッ化ホウ素などの数多くの有害特殊ガスを用いる。これらのガスは、それらの高毒性及び自然発火性(空気中での自然燃焼性)のせいで、重大な安全性及び環境上の難問を提示する。毒性要因に加えて、これらのガスの多くは、高圧下でボンベに貯蔵のために圧縮され液化される。金属ボンベ中に高圧下で毒性ガスを貯蔵するのは、ボンベの漏れ又は破局的な破裂を起こす可能性のせいで、多くの場合受け入れられない。 Many processes in the semiconductor industry require a reliable source of process gases for a variety of applications. Often these gases are stored in cylinders or containers and then delivered to the process under controlled conditions from the cylinder. The semiconductor manufacturing industry uses a number of harmful special gases, such as phosphine, arsine, and boron trifluoride, for example, doping, etching, and thin film deposition. These gases present significant safety and environmental challenges due to their high toxicity and pyrophoric properties (spontaneous combustibility in air). In addition to toxic factors, many of these gases are compressed and liquefied for storage in cylinders under high pressure. Storing toxic gases under high pressure in metal cylinders is often unacceptable due to the possibility of cylinder leakage or catastrophic rupture.
これらのガスを固体支持体上へ吸着する低圧貯蔵及び送給システムが開発されてきた。固体収着剤上に収着されるガスの貯蔵及び送給システムには、それらの問題がないわけではない。それらは、不十分な容量と送給の限界、及び乏しい熱伝導度などに悩まされている。 Low pressure storage and delivery systems have been developed that adsorb these gases onto a solid support. Gas storage and delivery systems that are sorbed on solid sorbents are not without these problems. They suffer from inadequate capacity and delivery limits and poor thermal conductivity.
以下の特許文献及び論文は、低圧、低流量ガス貯蔵及び送給システムを例示するものである。 The following patent documents and articles illustrate low pressure, low flow gas storage and delivery systems.
米国特許第4744221号明細書には、ゼオライトへのAsH3の吸着が開示されている。所望される場合、少なくとも一部のAsH3は、約175℃以下の温度にゼオライトを加熱することにより、送給システムから放出される。容器中のかなりの量のAsH3がゼオライトに結合されるので、破裂又は故障のせいでの意図しない放出の影響は、加圧容器に比べて最小化される。 U.S. Patent No. 4744221, the adsorption of AsH 3 in the zeolite is disclosed. If desired, at least some AsH 3 is released from the delivery system by heating the zeolite to a temperature of about 175 ° C. or less. Since a significant amount of AsH 3 in the vessel is bound to the zeolite, the effects of unintentional release due to rupture or failure are minimized compared to a pressurized vessel.
米国特許第5518528号明細書には、大気圧より低い圧力の水素化物、ハロゲン化物、及び有機金属V族ガス状化合物を貯蔵し送給するための物理収着剤に基づく送給システムが開示されている。ガスは、それをより低い圧力で運転するプロセス又は装置に配給することにより脱着される。 US Pat. No. 5,518,528 discloses a physical sorbent based delivery system for storing and delivering hydrides, halides, and organometallic Group V gaseous compounds at subatmospheric pressures. ing. The gas is desorbed by delivering it to a process or device that operates at a lower pressure.
米国特許第5917140号明細書には、固相収着剤から収着可能な流体を分配するための貯蔵及び送給装置が開示されており、それには、それぞれが隣接し容器の壁との熱伝導関係を確保する放射状に伸びたアームを組み込む機能強化された熱伝達手段が付随している。 U.S. Pat. No. 5,917,140 discloses a storage and delivery device for dispensing a sorbable fluid from a solid sorbent, each of which is adjacent to the heat of the vessel wall. Associated with enhanced heat transfer means incorporating radially extending arms to ensure a conductive relationship.
国際公開第0211860号パンフレットには、流体が収着媒体に保持され、媒体からの流体の脱着が媒体にエネルギーを加えることにより促進される、被収着流体の貯蔵及び送給用のシステムが開示されている。エネルギーを加える方法には、熱エネルギー、光エネルギー、粒子衝突、機械的エネルギー、及び被収着流体に対する化学ポテンシャル差の適用が挙げられる。 WO 0211860 discloses a system for storage and delivery of sorbed fluid in which the fluid is retained in the sorption medium and the desorption of the fluid from the medium is facilitated by applying energy to the medium. Has been. Methods of applying energy include application of chemical potential differences to thermal energy, light energy, particle collisions, mechanical energy, and sorbed fluid.
米国特許第6101816号明細書には、その蒸気を分配する液体のための流体貯蔵及び分配システムが開示されている。このシステムに付随するものは、流体流ポート及びこのポートに関連する流体分配アセンブリである。このアセンブリは流体圧力制御器及び流量制御弁を含む。容器内からのガスが流量制御要素を通って流れる前に、まず制御器を通って流れるようにされる。 U.S. Pat. No. 6,101,816 discloses a fluid storage and distribution system for the liquid that distributes the vapor. Associated with the system is a fluid flow port and a fluid distribution assembly associated with the port. The assembly includes a fluid pressure controller and a flow control valve. Before the gas from within the container flows through the flow control element, it is first allowed to flow through the controller.
本発明は、非揮発性液体媒体に可逆的に貯蔵されるガスの迅速な充填と送給を可能とする貯蔵及び送給システムにおける改善と、送給及び送給ガスの純度における改善を目的とするものである。 The present invention is directed to improvements in storage and delivery systems that enable rapid filling and delivery of gases reversibly stored in non-volatile liquid media, and improvements in the purity of delivery and delivery gases. To do.
ガス用の低圧貯蔵及び送給システムは、
反対のルイス酸性又は塩基性を有するガスと可逆的に反応するルイス塩基又はルイス酸の反応性液体媒体を収容する内部部分を有する容器、
エネルギーを該反応性液体媒体へ又はそれから移動させるためのシステム、又は、
製品ガス精製器(例えば、ガス/液体分離器)、又は両方、
を含む。
Low pressure storage and delivery system for gas
A container having an internal portion containing a Lewis base or Lewis acid reactive liquid medium that reversibly reacts with an opposite Lewis acid or basic gas;
A system for transferring energy to or from the reactive liquid medium, or
Product gas purifier (eg, gas / liquid separator), or both,
including.
反対のルイス酸性又は塩基性の反応性化合物を含有する反応性液体又は液体媒体中のルイス塩基又はルイス酸ガスを貯蔵及び送給することにより、有意な利点を達成することができる。これらのシステムは、貯蔵しようとするガスと反応する反応性液体媒体の容器から構成される。これらのシステムは以下の特性、すなわち、
システムを充填するために必要とされる時間を短くする能力、
送給ガス中の液の同伴をなくし低減させる能力、及び
原料ガスが不純物、特に非反応性であるか又は原料ガスよりも反応性の低い不純物、を含有する場合、システムから送給されるガスの純度を増大させる能力、
を有する。
Significant advantages can be achieved by storing and delivering Lewis base or Lewis acid gas in a reactive liquid or liquid medium containing the opposite Lewis acidic or basic reactive compound. These systems consist of a container of reactive liquid medium that reacts with the gas to be stored. These systems have the following characteristics:
The ability to shorten the time required to fill the system,
The ability to eliminate and reduce liquid entrainment in the feed gas, and the gas delivered from the system if the source gas contains impurities, especially non-reactive or less reactive than the source gas The ability to increase the purity of
Have
ルイス塩基及びルイス酸ガスを反対の酸性又は塩基性の液体媒体中において反応させる概念に基づく貯蔵及び送給システムは、固体吸収剤又は固体吸着剤を用いる低圧貯蔵及び送給システムと比べると、独特の問題を提起することが見いだされた。主要な問題の一つは、反応性液体媒体、例えばイオン性液体を収容する貯蔵及び送給システムにガスを充填することができる速度を増大させることである。「反応性液体媒体」という用語は、反応性の液体、溶液、分散液、及び懸濁液を含む。別の問題は、ガスの送給速度を増大させることである。他の問題は、貯蔵及び送給システムから送給されるガスの純度を上昇させること、及び、送給の間、液体が貯蔵及び送給システムから送給されるガスを汚染するのを防止することに関係する。 Storage and delivery systems based on the concept of reacting Lewis base and Lewis acid gas in the opposite acidic or basic liquid medium are unique compared to low pressure storage and delivery systems using solid absorbents or solid adsorbents. Was found to raise the problem. One of the major problems is to increase the rate at which gas can be filled into a storage and delivery system containing a reactive liquid medium, such as an ionic liquid. The term “reactive liquid medium” includes reactive liquids, solutions, dispersions, and suspensions. Another problem is increasing the gas delivery rate. Another problem is to increase the purity of the gas delivered from the storage and delivery system and to prevent the liquid from contaminating the gas delivered from the storage and delivery system during delivery. Related to that.
貯蔵及び送給システムの理解を容易にするために、図面を参照する。(システムの装置における同一部品を表すのに、図中では同一番号を用いている。) To facilitate an understanding of the storage and delivery system, reference is made to the drawings. (The same number is used in the figure to represent the same component in the system apparatus.)
図1は、反応性液体媒体のルイス塩基性又は酸性に対して反対のルイス酸性又は塩基性を有するガス8(気泡として示される)と可逆的に反応するルイス塩基又はルイス酸反応性液体媒体6を収容する容器4から構成される、ガス貯蔵及び送給システム2を示す。容器4は、ガス及び液体の容器への導入又はガスの送給もしくは反応性液体媒体6の取り出しを可能とするバルブ10を備える。容器4からガス8を送給するために出口ポート12が用いられる。液体が上部空間18から出口ポート12を通してガスと共に排出されるのを防ぎ、及び/又はガスから気相不純物を除去するために、製品ガス精製器9が液面16の上方に取り付けられる。製品ガス精製器9は、吸着剤を基にしたガス精製器であることができる。好ましくは、製品ガス精製器9はガス/液体分離器である。製品ガス精製器9は、膜及び適切な膜アセンブリから構成することができる。場合によっては、製品ガス精製器9は容器の外側に配置してもよい。容器4は、圧縮ガス用に一般的に用いられるボンベでもよい。あるいは、容器4は、直方体を含めた他の形状であることができる。
FIG. 1 shows a Lewis base or Lewis acid reactive
前述のように、貯蔵及び送給システムに反応性ガスを充填する上での問題の一つは、容器4を満たすのに必要とされる長い時間にある。それは、反応性液体媒体6内のガス8の物質移動(すなわち、拡散)速度により制限されることがある。この物質移動プロセスはゆっくりなことがあるので、容器を満たすのに数日又は数週間さえも必要とすることがある。物質移動の制限を克服するために、ガスの充填プロセスの間、エネルギーを液体に加えるか及び/又は液体から除去する。エネルギー移動を行うことにより、液体内の対流運動を介して及び/又はガス−液体界面の面積を増大させることにより物質移動速度を増大させる。
As mentioned above, one of the problems in filling the storage and delivery system with reactive gas is the long time required to fill the
エネルギー移動、従って充填速度を増大させるための一つの方法を、図1を参照して説明する。この態様では、バルブ10の入口ポート11がスパージャーチューブ20と連通している。「スパージャーチューブ」という用語は、反応性液体媒体の表面より下にガスを導入することができる任意のタイプの管を包含するものである。スパージャーチューブ20は硬質の管又は軟質の管であることが可能である。0.1〜500ミクロンの微細孔を有する随意的な多孔質フリット22が、スパージャーチューブ20の出口端に付加される。多孔質フリットは、金属(例えばステンレス鋼)又はプラスチック(例えばポリテトラフルオロエチレン)のいずれかで作製することができる。次に、ガスをバルブ10の入口ポート11を通し、次いでスパージャーチューブ20を通して導入し、そしてそれは多孔質フリット22を通過する時に微細気泡として分散される。細かく分散されたガスの気泡は、反応性液体媒体とより容易に錯体を形成することができる。
One method for increasing energy transfer and hence filling rate is described with reference to FIG. In this embodiment, the
容器4にガスを充填するために、原料ガス精製器23を用いることが可能である。精製器の出口24は入口ポート11に接続される。原料ガスは精製器に流入し、出口24から出て、容器4に入る。原料ガスの精製は、容器4から送給されるより高純度のガスをもたらす。原料ガス精製器23は、吸着精製、吸収精製、相対揮発度差に基づく分離、又は反応精製を利用することが可能である。原料ガス精製器23は、原料ガス中の不純物が反応性液体媒体と反応するか又はそれに溶解する場合に、特に有効である。例えば、ルイス酸ガスは、不純物の二酸化炭素(CO2)を含有する三フッ化ホウ素(BF3)からなることができる。精製器は、BF3に比べてCO2に対してより高い親和性を有するゼオライトを利用することが可能である。例えば、5Aゼオライト又はナトリウムモルデナイトゼオライトを用いることができる。精製後、BF3は、好ましくは、1ppm未満のCO2を含有し、容器4に投入される。
A raw
容器4はまた、気泡核生成エンハンサー25を含むことも可能である。「気泡核生成エンハンサー」という用語は、ガス気泡の核生成を促進するのに役立つ任意の媒体として定義される。好適な核生成エンハンサーの例には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、微小孔性炭素、アルミナ、穴開きガラス、そして多孔質金属及びプラスチックからなるものを含めて、沸騰チップ又は沸騰石が挙げられる。多孔質フリット22が、核生成エンハンサーの役目を果たすこともできる。これらの核生成エンハンサーは、容器からのガス送給速度を増大させる。
The
精製媒体26により容器4内の不純物の除去を行うことも可能である。この精製媒体は、反応性液体媒体6内に配置して不純物を除去することができる。精製媒体26は、物理吸着剤又は化学収着剤からなることが可能である。化学収着剤は固体であることが可能であり、あるいはそれは液体媒体中に溶解することが可能である。物理吸着剤の例には、ゼオライト及び活性炭が含まれる。
It is also possible to remove impurities in the
容器4は水平又は垂直方向のいずれかで運転することができる。液面は、製品ガス精製器9が液の表面より上に位置するように選択すべきである。
The
図2は、反応性液体媒体6にエネルギーを与えるか又はそれからエネルギーを除去するためのそれほどは好ましくない方法を説明する。図2の態様では、加熱マンドレル29又は冷却マンドレル28又は両方を、反応性液体媒体6中に対流を誘起するために設けることができる。容器4の底部を加熱することにより、温かい液は上方に流れ、上面に近づくにつれて冷えて、その後容器の底部に戻る。この対流運動は、物質移動速度を増加させることになり、また容器にガスを充填するために必要とされる時間を減少させることになる。冷却マンドレル28は、加熱マンドレル29と同じやり方で用いて、反応性液体媒体6中に対流を誘起することができる。加熱マンドレル29を容器4の表面の周囲(図2に示されるように)に配置してもよく、あるいは容器4を加熱マンドレル29の上に置いてもよい。加熱マンドレル29は、加熱ブランケット、ホットプレート、又は容器4に熱を加えるための他の適する手段であることができる。あるいはまた、攪拌器30による攪拌を利用して、反応性液体媒体6中の伝熱速度を増加させることができ、そしてまた充填の際の反応性液体媒体における物質移動速度を増加させることもできる。液体を攪拌するための代替手段は、容器4全体を動かすことである。これは、標準的なボンベローラー、軌道攪拌器(orbital stirrer)、及び振盪機などを用いて行うことができる。入口ポート11は製品ガス精製器9又は出口12と同じ通路を用いずに、むしろ、充填作業中には製品ガス精製器9をバイパスするように、入口オリフィス31で終わる別の通路を有する。
FIG. 2 illustrates a less preferred method for energizing or removing energy from the reactive
図3〜5は、容器が垂直又は水平位置にある場合に、ガスの送給中にガス精製を行うための種々のアプローチを示すために提示するものである。詳細には、図3〜5は、製品ガス精製器がガス/液体分離器である態様を示している。図3においては、バルブ10の出口ポート12が、製品ガス精製器として働く多孔質部材37で終えるフレキシブルチューブ36に接続される。多孔質部材37は、好ましくは、ガス透過性であり且つ液体不浸透性であるように設計される。それは、好ましい態様では、容器が水平位置に置かれる場合にそれが液層の上面に浮かびそうしてガスへの液体同伴の機会を低下させるように、浮揚性の材料製であることができる。また、容器4は、50%を超える容器体積を液体で満たして、好ましくは更に大量の液体で満たして、水平に運転することができる。
3-5 are presented to illustrate various approaches for performing gas purification during gas delivery when the container is in a vertical or horizontal position. In particular, FIGS. 3-5 show an embodiment where the product gas purifier is a gas / liquid separator. In FIG. 3, the
図4では、出口ポート12は管35に接続される。管35は、容器から送給されるガスに流れ方向の変化を与える。ガスが管35を流れる際に、液滴が内壁表面上に被着してガスから除去される。図4に示される管は、50%を超える容器体積を液体で満たして容器を水平に運転するのを可能とする。管35は、例えば複数の流れの変化のあるジグザグパターンのように、ガスに1以上の流れ方向の変化を与えてもよい。管35のほかに、フィルタ、凝集フィルタ、デミスタパッド、多孔質媒体、及び焼結媒体を含めて、他のタイプの蛇行性流動装置を用いることができる。管35は、回転継手39を使用してバルブ10に接続することが可能である。この継手は、管35の末端が上部空間18と連通しそして反応性液体媒体6とは連通しないように、回転することができる。管35が正しい位置にあって上部空間18と連通するのを確保するために、重り(図示せず)を用いることができる。製品ガス精製器9を管35の末端に付加して、液体が管35に入るのを防ぐことが可能である。製品ガス精製器9は膜を含むことができる。好ましくは、膜は、膜に接触する任意の液体を容易に膜の表面から排除することができるように配置される。
In FIG. 4, the
図5は、バルブ10及び出口12を取り付けた水平位置における貯蔵及び送給システム2の図を示すものである。膜38が容器4内に水平に置かれ、製品ガス精製器9の特定の態様として、ガス/液体分離器として機能する。この膜は、容器4からガスを送給するのを可能とするために、ガス透過性、液体非浸透性材料から製作される。理想的には、膜材料は、液体がたやすくその表面からはけるように、液体をはじく。更に、圧力損失を最小にするために、膜の断面積を最大にすべきであり、微孔性膜(非多孔質膜ではなく)を用いるべきである。適する膜材料には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリプロピレン(PP)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン(PE)、ポリスルホン、ポリ(塩化ビニル)PVC、ゴム、ポリ(トリメチルペンテン)、エチルセルロース、ポリ(ビニルアルコール)(PVOH)、パーフルオロスルホン酸、ポリエーテルスルホン、セルロースエステル、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)が挙げられる。好ましい孔径は0.1〜50ミクロンである。薄膜を用いることに加えて、膜はより厚い多孔質材料、特に10ミリメートル以下の厚さを有するものからなることも可能である。膜は、中空ファイバータイプの膜であることも可能である。(これらの同じ材料を、図1の製品ガス精製器9のために用いることもできる。)上述の貯蔵及び送給システム2からの貯蔵と送給に適したガスは、ルイス塩基性を有し、ルイス酸反応性液体媒体、例えばイオン性液体から送給されるか、又は、ルイス酸性を有し、ルイス塩基反応性液体媒体から送給される。ルイス塩基ガスは、ホスフィン、アルシン、スチビン、アンモニア、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、同位体富化類縁物質(isotopically−enriched analogs)、塩基性有機又は有機金属化合物などのうちの1種以上を含む。ルイス塩基反応性液体媒体、例えば、イオン性液体中に貯蔵し、それから送給しようとするルイス酸性を有するガスは、ジボラン、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、SiF4、ゲルマン、シアン化水素、HF、HCl、HI、HBr、GeF4、同位体富化類縁物質、水素化インジウム、酸性有機又は有機金属化合物などのうちの1種以上を含む。ジシラン、ジゲルマニウム、ジアルシン、及びジホスフィンなどの追加のガスが、反応性液体媒体でもって貯蔵及び送給に適することもある。液体は低揮発度を有し、そして好ましくは、25℃で約10-2トール未満、より好ましくは25℃で10-4トール未満の蒸気圧を有する。
FIG. 5 shows a diagram of the storage and
イオン性液体は、貯蔵しようとするガスと可逆的な反応を行うための反応性液体として、すなわちルイス酸か又はルイス塩基のいずれかとして、働くことができる。これらの反応性イオン性液体は、カチオン成分とアニオン成分とを有する。その結果、反応性イオン性液体の酸性度又は塩基性度は、カチオン、アニオンの強度により、あるいはカチオン及びアニオンの組合せにより左右される。最も一般的なイオン性液体は、テトラアルキルホスホニウム、テトラアルキルアンモニウム、N−アルキルピリジニウム又はN,N’−ジアルキルイミダゾリウムカチオンの塩を含む。一般的なカチオンはC1-18アルキル基を含有し、そして一般的なカチオンとしては、N−アルキル−N’−メチルイミダゾリウム及びN−アルキルピリジニウムのエチル、ブチル及びヘキシル誘導体が挙げられる。他のカチオンには、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、ピラゾリウム、トリアゾリウム、チアゾリウム、及びオキサゾリウムが含まれる。 The ionic liquid can act as a reactive liquid for performing a reversible reaction with the gas to be stored, i.e., either a Lewis acid or a Lewis base. These reactive ionic liquids have a cation component and an anion component. As a result, the acidity or basicity of the reactive ionic liquid depends on the strength of the cation, anion, or the combination of cation and anion. The most common ionic liquids include salts of tetraalkylphosphonium, tetraalkylammonium, N-alkylpyridinium or N, N′-dialkylimidazolium cations. Common cations contain C 1-18 alkyl groups, and common cations include ethyl, butyl and hexyl derivatives of N-alkyl-N′-methylimidazolium and N-alkylpyridinium. Other cations include pyridazinium, pyrimidinium, pyrazinium, pyrazolium, triazolium, thiazolium, and oxazolium.
ルイス酸性を実現するために、各種のアニオンがこうしたイオン性液体のカチオン成分の相手となることができる。アニオンの一つのタイプはハロゲン化金属から得られる。最もよく用いられるハロゲン化物は塩化物であるが、他のハロゲン化物も用いることが可能である。アニオン成分、例えば、金属ハロゲン化を供給するための好ましい金属には、銅、アルミニウム、鉄、亜鉛、スズ、アンチモン、チタン、ニオブ、タンタル、ガリウム、及びインジウムが挙げられる。金属塩化物アニオンの例は、CuCl2 -、Cu2Cl3 -、AlCl4 -、Al2Cl7 -、ZnCl3 -、ZnCl4 2-、Zn2Cl5 -、FeCl3 -、FeCl4 -、Fe2Cl7 -、TiCl5 -、TiCl6 2-、SnCl5 -、SnCl6 2-、などである。 In order to achieve Lewis acidity, various anions can be partners of the cation component of such ionic liquids. One type of anion is derived from a metal halide. The most commonly used halide is chloride, but other halides can be used. Preferred metals for supplying anionic components, such as metal halides, include copper, aluminum, iron, zinc, tin, antimony, titanium, niobium, tantalum, gallium, and indium. Examples of metal chloride anions are CuCl 2 − , Cu 2 Cl 3 − , AlCl 4 − , Al 2 Cl 7 − , ZnCl 3 − , ZnCl 4 2− , Zn 2 Cl 5 − , FeCl 3 − , FeCl 4 −. Fe 2 Cl 7 − , TiCl 5 − , TiCl 6 2− , SnCl 5 − , SnCl 6 2− , and the like.
ルイス酸又はルイス塩基イオン性液体を調製することができるハロゲン化合物の例には、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−メチル−3−オクチルイミダゾリウムブロマイド、1−メチル−3−オクチルイミダゾリウムクロライド、塩酸モノメチルアミン、塩酸トリメチルアミン、テトラエチルアンモニウムクロライド、塩酸テトラメチルグアニジン、N−メチルピリジニウムクロライド、N−ブチル−4−メチルピリジニウムブロマイド、N−ブチル−4−メチルピリジニウムクロライド、テトラブチルホスホニウムクロライド、及びテトラブチルホスホニウムブロマイド、が挙げられる。 Examples of halogen compounds from which Lewis acid or Lewis base ionic liquids can be prepared include 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methyl. Imidazolium bromide, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide, 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride, 1-methyl-3-octylimidazolium bromide, 1-hexyl Methyl-3-octylimidazolium chloride, monomethylamine hydrochloride, trimethylamine hydrochloride, tetraethylammonium chloride, tetramethylguanidine hydrochloride, N-methylpyridinium chloride, N-butyl-4-methylpyridinium bromide, N-butyl -4-methylpyridinium chloride, tetrabutylphosphonium chloride, and tetrabutylphosphonium bromide, and the like.
化学的にルイス酸ガスを錯体化するのに有用であるルイス塩基イオン性液体に関しては、こうしたイオン性液体のアニオン又はカチオン成分あるいは両方は、ルイス塩基であることができる。場合によっては、アニオン及びカチオンの両方がルイス塩基である。ルイス塩基アニオンの例には、カルボキシレート、フッ素化カルボキシレート、スルホネート、フッ素化スルホネート、イミド、ボレート、塩素(クロライド)、などが挙げられる。一般的なアニオン形態には、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、CH3COO-、CF3COO-、CF3SO3 -、p−CH3−C6H4SO3 -、(CF3SO2)2N-、(NC)2N-、(CF3SO2)3C-、塩素(クロライド)、及びF(HF)n -が挙げられる。他のアニオンには、アルキルアルミネート、アルキル又はアリールボレートなどの有機金属化合物、ならびに遷移金属種が挙げられる。好ましいアニオンには、BF4 -、p−CH3−C6H4SO3 -、CF3SO3 -、(CF3SO2)2N-、(NC)2N-、(CF3SO2)3C-、CH3COO-及びCF3COO-、が含まれる。
With respect to Lewis basic ionic liquids that are useful for chemically complexing Lewis acid gases, the anionic or cationic component or both of such ionic liquids can be Lewis bases. In some cases, both anions and cations are Lewis bases. Examples of Lewis base anions include carboxylate, fluorinated carboxylate, sulfonate, fluorinated sulfonate, imide, borate, chlorine (chloride), and the like. Common anion forms include BF 4 − , PF 6 − , AsF 6 − , SbF 6 − , CH 3 COO − , CF 3 COO − , CF 3 SO 3 − , p-CH 3 —C 6 H 4 SO 3 -, (CF 3 SO 2 ) 2 n -, (NC) 2 n -, (
ルイス酸又はルイス塩基官能基を含有する非揮発性の共有結合液体も、化学的に錯化するガス用の反応性液体として有用である。こうした液体は、別個の有機又は有機金属化合物、オリゴマー、低分子量ポリマー、分岐非晶質ポリマー、天然及び合成油、などであることができる。 Nonvolatile covalent liquids containing Lewis acid or Lewis base functional groups are also useful as reactive liquids for chemically complexing gases. Such liquids can be separate organic or organometallic compounds, oligomers, low molecular weight polymers, branched amorphous polymers, natural and synthetic oils, and the like.
ルイス酸官能基を持つ反応性液体の例には、置換されたボラン、ホウ酸塩、アルミニウム、又はアルモキサンや、カルボン酸及びスルホン酸などのプロトン酸や、チタン、ニッケル、銅などの金属の錯体、などが挙げられる。 Examples of reactive liquids with Lewis acid functional groups include substituted boranes, borates, aluminum, or alumoxanes, protonic acids such as carboxylic acids and sulfonic acids, and complexes of metals such as titanium, nickel, copper, etc. , Etc.
ルイス塩基官能基を持つ反応性液体の例には、エーテル、アミン、ホスフィン、ケトン、アルデヒド、ニトリル、チオエーテル、アルコール、チオール、アミド、エステル、尿素、カルバメート、などが挙げられる。 Examples of reactive liquids having a Lewis base functional group include ethers, amines, phosphines, ketones, aldehydes, nitriles, thioethers, alcohols, thiols, amides, esters, urea, carbamates, and the like.
反応性共有結合液体の具体的な例には、トリブチルボラン、トリブチルボレート、トリエチルアルミニウム、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、四塩化チタン、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリアルキルホスフィン、トリアルキルホスフィンオキサイド、ポリテトラメチレングリコール、ポリエステル、ポリカプロラクトン、ポリ(オレフィン−alt−一酸化炭素)、アクリレート、メタクリレート又はアクリロニトリルのオリゴマー、ポリマー又はコポリマーなどが挙げられる。とは言え、多くの場合、これらの液体は高温において過度の揮発性が悩みとなり、熱に仲介される放出には適していない。しかし、それらは圧力に仲介される放出には適しよう。 Specific examples of reactive covalent liquids include tributyl borane, tributyl borate, triethyl aluminum, methane sulfonic acid, trifluoromethane sulfonic acid, titanium tetrachloride, tetraethylene glycol dimethyl ether, trialkyl phosphine, trialkyl phosphine oxide, poly Examples include tetramethylene glycol, polyester, polycaprolactone, poly (olefin-alt-carbon monoxide), acrylate, methacrylate or acrylonitrile oligomer, polymer or copolymer. However, in many cases, these liquids suffer from excessive volatility at high temperatures and are not suitable for heat-mediated emissions. However, they may be suitable for pressure mediated release.
前述のように貯蔵及び送給システム2から送給されるガスは、少なくとも、容器に導入される原料ガスと同じ程度に純粋であるべきであり、好ましくは、送給されるガスは、原料ガスよりも純粋でさえある。しかし、ガスを容器に導入する際に、原料ガス中に存在する不純物が反応性液体媒体上のガス上部空間に濃縮されることがある。結果として、容器から最初に抜き出されるガスは容器に導入された原料ガスほど純粋でないことがある。貯蔵及び送給システム2からの送給ガスの純度を上げるために、原料ガスを、充填工程の際に、容器の所期の充填容量を超えて、一般的には反応性液体媒体の反応容量を超えて、容器に導入することができる。所期の充填容量は、充填工程の終りの容器において所望されるガスの量である。次に、ガスを容器から抜いて、上部空間に濃縮された不純物を除去する。容器中の残留ガスを送給用の製品ガスとして使用する。
As mentioned above, the gas delivered from the storage and
更に、原料ガスは、それを容器に導入する前に精製することができる。原料ガスは、吸着精製、吸収精製、相対的な揮発度差に基づく分離、又は反応精製を利用して、精製することができる。原料ガスの精製は、原料ガス中の不純物が反応性液体媒体と反応するか又は反応性液体媒体に溶解するいずれかの場合に、特に有効である。例えば、BF3を貯蔵し送給するために用いられるシステムでは、原料のBF3はCO2を不純物として含有することがある。この不純物は適当な反応性液体媒体と反応するか、又はそれに溶解することがある。原料ガスからこのCO2を除去するために、吸着精製を利用することができる。とりわけ、ゼオライト吸着剤及び/又は活性炭吸着剤の床を、反応性液体媒体の容器の上流に配置することができる。原料BF3がゼオライト床を通り抜ける際に、CO2不純物が除去される。ゼオライトは、5Aゼオライト又はナトリウムモルデナイトゼオライトであることができる。 Furthermore, the source gas can be purified before it is introduced into the container. The source gas can be purified using adsorption purification, absorption purification, separation based on relative volatility difference, or reaction purification. Purification of the source gas is particularly effective when impurities in the source gas either react with the reactive liquid medium or dissolve in the reactive liquid medium. For example, in a system used to deliver and store BF 3, BF 3 of the raw material may contain CO 2 as an impurity. This impurity may react with or dissolve in a suitable reactive liquid medium. Adsorption purification can be used to remove this CO 2 from the source gas. In particular, a bed of zeolite adsorbent and / or activated carbon adsorbent can be placed upstream of the vessel of reactive liquid medium. As the raw material BF 3 passes through the zeolite bed, CO 2 impurities are removed. The zeolite can be 5A zeolite or sodium mordenite zeolite.
2 ガス貯蔵及び送給システム
4 容器
6 反応性液体媒体
8 ガス
9 製品ガス精製器
10 バルブ
11 入口ポート
12 出口ポート
18 上部空間
28 冷却マンドレル
29 加熱マンドレル
30 攪拌器
35 管
36 フレキシブルチューブ
37 多孔質部材
39 回転継手
2 Gas storage and
Claims (24)
ガスの送給を可能にする出口ポートを有するバルブシステム、及び
製品ガス精製器、
を含むガス用の低圧貯蔵及び送給システム。 A container having an internal portion that contains a reactive Lewis base or Lewis acid reactive liquid medium that reversibly reacts with an opposite Lewis acidic or basic gas;
A valve system having an outlet port that enables gas delivery, and a product gas purifier,
Low pressure storage and delivery system for gas including.
ガスの送給を可能にする出口ポートを有するバルブシステム、
エネルギーを前記容器の前記内部に収容される反応性液体媒体に又はそれから移動させるためのシステム、
を含むガス用の低圧貯蔵及び送給システム。 A container having an internal portion that contains a reactive Lewis base or Lewis acid reactive liquid medium that reversibly reacts with an opposite Lewis acidic or basic gas;
A valve system having an outlet port that allows gas delivery;
A system for transferring energy to or from a reactive liquid medium contained within the interior of the container;
Low pressure storage and delivery system for gas including.
当該容器へのガス及び反応性液体媒体の導入用の入口ポートとガス送給用の出口ポートとを有するバルブシステム、
スパージャーチューブから構成される、エネルギーを当該反応性液体媒体に投入するためのシステム、及び
ガスを当該容器から送給する際にガスは透過させ同伴液滴は浸透させないガス/液体分離器、
を含むガス用の低圧貯蔵及び送給システム。 A container having an internal portion that contains a reactive Lewis base or Lewis acid reactive liquid medium that reversibly reacts with an opposite Lewis acidic or basic gas;
A valve system having an inlet port for introduction of gas and reactive liquid medium into the vessel and an outlet port for gas delivery;
A system comprised of a sparger tube for introducing energy into the reactive liquid medium, and a gas / liquid separator that does not allow permeation of entrained droplets and permeation of gas when delivered from the vessel;
Low pressure storage and delivery system for gas including.
ルイス酸性又は塩基性を有する当該反応性液体媒体と可逆的に反応する反対のルイス酸性又は塩基性を有するルイス塩基又はルイス酸の反応性ガスを含有する原料ガスを当該容器に入れ、
当該容器の上部空間に過剰の未反応原料ガスを集め、
当該容器の上部空間から当該過剰の原料ガスを抜いて、上部空間に濃縮された不純物を除去し、そしてその後、
製品ガスを送給すること、
を含む貯蔵及び送給システムから製品ガスを送給するための方法。 Put a reactive liquid medium of Lewis base or Lewis acid in a container with an internal part,
A raw material gas containing a Lewis base or Lewis acid reactive gas having the opposite Lewis acidity or basicity that reacts reversibly with the reactive liquid medium having Lewis acidity or basicity is placed in the container,
Collect excess unreacted source gas in the upper space of the vessel,
Drain the excess source gas from the upper space of the vessel to remove impurities concentrated in the upper space, and then
Delivering product gas,
A method for delivering product gas from a storage and delivery system comprising:
ルイス酸性又は塩基性を有する当該反応性液体媒体と可逆的に反応する反対のルイス酸性又は塩基性を有するルイス塩基又はルイス酸の反応性ガスを含有する原料ガスを精製して、原料ガス中に存在する不純物を除去し、
当該精製した原料ガスを容器に導入し、
そして製品ガスを送給すること、
を含む貯蔵及び送給システムから製品ガスを送給するための方法。 Put a reactive liquid medium of Lewis base or Lewis acid in a container with an internal part,
A raw material gas containing a Lewis base or a Lewis acid reactive gas having the opposite Lewis acid or basicity that reversibly reacts with the reactive liquid medium having Lewis acidity or basicity is purified into the raw material gas. Remove any impurities present,
Introducing the refined source gas into a container,
And delivering product gas,
A method for delivering product gas from a storage and delivery system comprising:
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